河套灌区水盐运移状况分析研究

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简介： 内蒙古河套灌区每年由引黄灌溉水中带入灌区的盐分大约为250万吨，而由各级排水沟排入乌梁素海的盐分约为80万吨，每年积存于灌区内的盐分为170万吨，而且逐年累积，按理说河套灌区应该成了一个大盐库了。但事实并非如此，河套灌区的盐碱化程度并没有逐年加重，而是呈逐年减轻，目前已达到稳定水平的态势。那么，河套灌区的盐分到底去哪里了？沙壕渠试验站与日本岗山大学、岐阜大学、地球环境研究所经过十年的合作研究，2004年终于解答了这一问题。
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1、河套灌区概况

　　内蒙古河套灌区位于内蒙古自治区西部的巴彦淖尔市境内。总土地面积1190khm²，现灌溉面积574 khm²。灌区地处干旱半干旱气候带，降水稀少，年降水130~220mm；蒸发强烈，年蒸发量为1900~2500mm，干燥多风，日温差大，日照时间长。年平均气温5.6~7.8℃，全年日照3100~3300小时。

　　河套灌区地下水水分运移属“垂直入渗蒸发型”，地下水的补给主要是灌水入渗，每年约17.7亿m³（占总补给量的76.5%）和降水入渗，每年约5.33亿m³（占总补给量的23.1%），地下水侧向补给极少，浅层地下水的年蒸发量约为22.80 亿m³，大体与垂直补给量相平衡。

　　河套灌区土壤质地以壤土为主，约占总土地面积的40~60%，灌区耕地轻度盐渍化面积约为284 khm²，占耕地总面积49.5%；中度盐渍化面积92 khm²，占耕地总面积16.04%；重度盐渍化面积17.9 khm²，占耕地总面积3.11%。

2、河套灌区盐分进出积累情况

　　河套灌区每年引黄水量约为50亿m³，由黄河水带入灌区的盐分约为250万吨，而整个灌区由各级排水系统排入乌梁素海的水量约5亿m³，随之排入乌梁素海的盐分约80万吨。这样，每年应该有170万吨的盐分滞留在灌区内。这部分盐分是随水分的运动做垂直运动呢，还是滞留在土壤中不动呢？灌区盐碱地面积又是如何变化的呢？是我们一直关注的研究内容之一。

河套灌区水盐进出状况见图1。

3、河套灌区盐碱地变化情况

　　河套灌区降水少，蒸发量大，地下水的运动属于蒸垂入渗蒸发型，灌溉水中含盐量约为0.5g/L，这些因素决定了河套灌区土壤次生盐碱化程度较严重。

　　河套灌区土壤盐渍化状况从前到后大体可分为四个阶段：

　　①1950~1957年，灌区开发初期。盐渍化面积占耕地面积的12~14%。

　　②1963~1973年，引黄灌溉大发展阶段，由于排水不配套，土地盐渍化发展迅速，盐渍化面积占耕地面积31~58%。

　　③1978~1983年，盐渍化初步控制阶段。据1983年调查，盐渍化面积占耕地面积47%。其中轻度盐渍化面积占盐渍化面积的53%。即有约一半的耕地受盐渍化影响，但这些耕地中又有一半是轻度盐渍化。

　　④1990年至今，盐渍化的回落期。由于排水设施逐年配套并发挥作用，地下水位下降，地下水水质也有所淡化，中重度盐渍化土壤的面积大幅下降。在灌区上游由29%降至14.5%，灌区中游由40.4%降至26.4%，下游由43.6%降至31.1%。但轻度盐渍化土壤仍占耕地面积（574 khm²）的49.5%，而且灌区内仍有209 khm²的盐荒地尚未开发利用。

　　由以上各阶段情况看，河套灌区土壤盐渍化在1990年至今呈明显的回落，灌区耕地面积不断扩大，盐荒地面积逐年减少，土壤盐渍化程度在逐年减轻。产量明显提高，灌区经济社会长足发展。

4、灌区盐分去向分析

　　从前面灌区盐分进出情况和灌区历年盐碱地变化情况可以看出，虽然灌区内每年都在积盐，但灌区盐渍化土壤面积在近10年来却并未发生大的变化。那么，每年由灌溉水带入并滞留在灌区内的大量盐分（约170万吨）到底去了哪里？为什么没有引起灌区盐渍化面积和程度的急剧增加呢？这也是灌区管理部门和国内外一些专家学者共同关心的问题。沙壕渠试验站和日本岗山大学、岐阜大学、爱媛大学、地球环境研究所、内蒙古农业大学共同合作，经过10年的研究探索，初步找到了问题的答案。

　　4.1 研究方法

　　①在三盛公总干渠首部、永济干渠、黄济干渠、四排干沟、七排干沟、总排干入乌梁素海等处取水样化验水质（EC、PH和八大离子）。

　　②在解放闸灌域、永济灌域、义长灌域、乌拉特灌域等地取土样和地下水水样，测定土壤含盐量及各离子组成。其中土样不仅测定水溶性盐，而且用醋酸铵溶液法测定土壤中的非水溶性盐。

　　③综合分析灌区内进出盐分、积累盐分、盐分成分变化、土壤中水溶性盐与非水溶性盐数量、成分的变化，做盐分平衡分析。

灌水渠、排水沟、分灌域土壤取样点布置图见图2。

　　4.2研究成果

　　4.2.1 灌水渠、排水沟中水质的变化（重点分析Ca离子、Na离子）

　　通过2002、2003、2004年水质分析表明，三盛公总干渠口部、永济干渠、黄济干渠灌溉水质差别不大，Na离子含量为72.9%，Ca离子含量为6.2%，而四排干、七排干、总排干各处、总排干排入乌梁素海入口等处水质差别较大，阳离子总浓度为20~160meq/L，以乌梁素海入口处最大，为160 meq/L，Na离子含量为84.6%，Ca离子含量为1.7%，由此可见，排干水中Na离子显著增加，Ca离子显著减少。也就是说，灌溉水带入灌区的盐与排干水排出的盐成分有了显著变化，由各级排干沟排出的盐分主要以Na离子为主，且盐分组成上Na离子显著增多，增加约12%，Ca离子明显减少，减少约4.5%。

灌溉水、地下水、排干水中水质变化见图3

　　4.2.2 土壤中盐分组成及变化

　　我们再分析灌区内各分灌域土壤中盐分含量及组成情况，同一土样用水溶解和醋酸铵溶解两方法分别测出水溶性盐分与非水溶性盐分，并比较。

结果见图4。

　　4.2.2.1 耕地盐分分布

　　耕地中0~60cm土层中水溶性K、Na、Ca、Mg阳离子总含量为1~2meq/100g，而同一土样，用醋酸铵提取测得0~60cm土层中非水溶性阳离子总量均在60~80 meq/100g，且以Ca离子含量占绝大多数，占阳离子总量的80%以上。也就是说，耕地0~60cm土层中含有大量非水溶性Ca盐，是该层中水溶性盐的30~40倍。

　　4.2.2.2 盐荒地盐分分布

　　盐荒地0~60cm土层中水溶性K、Na、Ca、Mg阳离子总量约为4~5meq/100g，且以0~10cm土层最为集中，为耕地的一倍或更多。而同一土层中非水溶性K、Na、Ca、Mg阳离子总含量约为60~80meq/100g（与耕地相近），是水溶性阳离子的15~20倍，而且以Ca离子为主，占到总量的80%以上。(与耕地相近)

　　从以上分析结果表明，盐荒地和耕地0~60cm土层中都含有大量非水溶性Ca盐，而且含量相差不大，均在60~80meq/100g。盐荒地与耕地区别在于， 0~60cm土层中水溶性盐的含量盐荒地明显增高。

　　4.2.2.3 成果小结

　　每年由灌溉水挟带并滞留在灌区内的的盐分（每年约170万吨）多数以对作物危害不大的非水溶性Ca盐（碳酸钙和硫酸钙）积累于土壤中（包括耕地与盐碱地）。由碳酸钙和硫酸钙的凝聚和粘结作用，土壤易于形成利于作物生长的团粒结构，所以一定程度讲灌区内每年沉积的大量非水溶性钙盐对改善土壤结构,促进作物生长还是有利的。而对作物危害较大的水溶性Na盐（NaCL、NaHCO₃、Na₂CO₃）、K盐（KCL、KHCO₃、K₂CO₃）多数随着各级排水沟排入乌梁素海，因此，灌区内的盐渍化程度并未因每年灌溉水挟带并大量滞留的盐分累积而加剧。盐渍化土地面积也并未因此而逐年增大。

5、结论

　　通过以上分析，至少可以得出以下一些结论：

　　①河套灌区每年由引黄灌溉水带入灌区的盐分约250万吨，成分以Na盐为主（约72.9%），也含有一定程度的Ca盐（约为6.2%），而由各级排水系统最后排入乌梁素海的盐分约为80万吨，成分以Na盐为主并有所增加（约为84.6%），但Ca盐明显减少（约为1.7%）。每年积存在灌区内部的盐分约为170万吨，但这些盐分多以非水溶性的Ca盐（如碳酸钙、硫酸钙）存在于0~60cm土层中，由于这些非水溶性钙盐的凝聚和粘结作用，有利于土壤形成团粒结构，有利于改善土壤结构，有利于作物生长发育。这就是近十年来灌区虽然每年进出盐分不平衡（每年积盐170万吨）但土地盐渍化面积和程度并未明显加剧的主要原因。

　　②灌区排水系统虽然每年仅排出80万吨的盐分，但这些排出的盐分却是以对作物危害较大的Na盐为主。灌区近十年盐碱化程度逐年降低，排水系统发挥了十分重要的作用。

　　③从耕地与盐荒地的对比分析看，两者的区别主要在于盐荒地0~20cm土层,特别是0~5cm土层中含有大量水溶性Na盐、K盐。20cm以下盐荒地与耕地水溶性盐Na盐与非水溶性Ca盐差别不大。

　　可见，河套灌区的盐荒地绝大多数是可以通过灌溉冲洗排盐的方法改造的。但要有与之配套的排水系统。盐荒地改造的重点是0~20cm土层的水溶性Na盐、K盐。